Russian Journal of Infection and ImmunityRussian Journal of Infection and ImmunityИнфекция и иммунитет2220-76192313-7398SPb RAACI206510.15789/2220-7619-VAL-2065ORIGINAL ARTICLESОРИГИНАЛЬНЫЕ СТАТЬИResearch ArticleAntiviral properties of verdazyls and leucoverdazyls and their activity against group B enterovirusesПротивовирусные свойства вердазилов и лейковердазилов и их активность в отношении энтеровирусов группы BVolobuevaAleksandrina S.ВолобуеваАлександрина Сергеевна
Russian Federation

Researcher, Laboratory of Experimental Virology

научный сотрудник лаборатории экспериментальной вирусологии

sasha-khrupina@mail.ruZarubaevVladimir V.ЗарубаевВладимир Викторович
Russian Federation

DSc (Biology), Senior Researcher, Laboratory of Experimental Virology

д.б.н., старший научный сотрудник лаборатории экспериментальной вирусологии

sasha-khrupina@mail.ruFedorchenkoTatyana G.ФедорченкоТатьяна Геннадьевна
Russian Federation

PhD (Chemistry), Researcher, Laboratory of Coordination Compounds

к.х.н., научный сотрудник лаборатории координационных соединений

sasha-khrupina@mail.ruLipunovaGalina N.ЛипуноваГалина Николавна
Russian Federation

DSc (Chemistry), Leading Researcher, Laboratory of coordination compounds

д.х.н., профессор, ведущий научный сотрудник

sasha-khrupina@mail.ruTungusovVladislav N.ТунгусовВладислав Николаевич
Russian Federation

Student

студент

sasha-khrupina@mail.ruChupakhinOleg N.ЧупахинОлег Николаевич
Russian Federation

RAS Full Member, DSc (Chemistry), Head of the Laboratory of Coordination Compounds

академик РАН, д.х.н., зав. лабораторией координационных соединений

sasha-khrupina@mail.ruSt. Petersburg Pasteur InstituteФБУН НИИ эпидемиологии и микробиологии имени ПастераPostovsky Institute of Organic Synthesis, Ural Branch of the Russian Academy of SciencesИнститут органического синтеза им. И.Я. Постовского УрO РАНThe Ural Federal University named after the first President of Russia B.N. YeltsinУральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина13022023010420231311071180811202212022023Copyright ©; 2023, Volobueva A.S., Zarubaev V.V., Fedorchenko T.G., Lipunova G.N., Tungusov V.N., Chupakhin O.N.Copyright ©; 2023, Волобуева А.С., Зарубаев В.В., Федорченко Т.Г., Липунова Г.Н., Тунгусов В.Н., Чупахин О.Н.2023Volobueva A.S., Zarubaev V.V., Fedorchenko T.G., Lipunova G.N., Tungusov V.N., Chupakhin O.N.Волобуева А.С., Зарубаев В.В., Федорченко Т.Г., Липунова Г.Н., Тунгусов В.Н., Чупахин О.Н.https://creativecommons.org/licenses/by/4.0https://iimmun.ru/iimm/article/view/2065

Enteroviruses are non-enveloped viruses of Enterovirus genus, Picornaviridae family, causing a variety of human diseases: from acute respiratory and intestinal infections to more severe pathologies including poliomyelitis, encephalitis, myocarditis, pancreatitis. Currently, no approved direct-acting antiviral drugs for treatment of enterovirus infections exists, whereas vaccination is available only for prevention of poliomyelitis and enterovirus 71 infection. Therefore, it is promising to conduct a search for inhibitors of enteroviruses life cycle in drug development to treat enterovirus infections. Here, antiviral properties of stable free radicals, verdazyls, and their precursors, leucoverdazyls, were investigated. It has been shown that leucoverdazyls vs verdazyls increased the survival of permissive cell culture infected with coxsackievirus. The activity range of the lead leucoverdazyl against RNA-containing and DNA-containing human viruses (in the viral yield reduction assay) and its proposed mechanism of action (time of addition assay) was studied. The lead compound suppressed reproduction of group B enteroviruses in vitro, with modest activity against influenza A virus and no activity against herpes virus type 1 and adenovirus type 5. The maximum decrease in viral titers was observed upon its addition to infected cells during early and middle stages of the virus life cycle. Thus, we concluded that the studied compound has a pronounced inhibitory activity against group B enteroviruses not belonging to the class of capsid binder inhibitors, without virucidal properties. Previously, we described antioxidant properties of leucoverdazyls. It is known that many viral infections are accompanied by production of reactive oxygen species and oxidative stress, and some compounds with antioxidant properties exhibit antiviral potential. Targeted chemical modifications of leucoverdazyls and further studies of leucoverdazyl mechanism of action as well as in vivo animal studies are needed. However, the results obtained may be useful for future development of new antiviral drugs to treat enteroviral infections.

Энтеровирусы — группа безоболочечных вирусов рода Enterovirus семейства Picornaviridae, вызывающих разнообразные заболевания человека: от острых респираторных и кишечных до более тяжелых, включая полиомиелит, энцефалит, миокардит, панкреатит. На сегодняшний день отсутствуют зарегистрированные противовирусные препараты прямого действия для терапии энтеровирусных инфекций, вакцинация доступна только для профилактики полиомиелита и инфекции, вызванной энтеровирусом 71. Перспективен поиск молекул — ингибиторов жизненного цикла энтеровирусов для разработки новых лекарственных средств для терапии энтеровирусных инфекций. В данной работе были исследованы противовирусные свойства стабильных свободных радикалов — вердазилов, и их предшественников — лейковердазилов. Было показано, что лейковердазилы, в отличие от вердазилов, способны повышать выживаемость пермиссивной клеточной культуры при инфицировании вирусом Коксаки. Был исследован спектр активности соединения-лидера в отношении РНК-содержащих и ДНК-содержащих вирусов человека (методом снижения титра вирусного потомства) и его предполагаемый механизм действия (в тесте на время добавления исследуемого соединения). Соединение-лидер мощно подавляло репродукцию энтеровирусов группы В in vitro, обладало слабой активностью в отношении вируса гриппа А, при этом активность в отношении вируса герпеса 1 типа и аденовируса 5 типа отсутствовала. Наблюдалось максимальное снижение вирусных титров при добавлении этого соединения к инфицированным клеткам на ранних и средних стадиях жизненного цикла вируса. Таким образом, заключили, что исследованное соединение обладает выраженной ингибирующей активностью в отношении энтеровирусов группы В, при этом оно не относится к классу ингибиторов связывания капсида (в отличие от вещества сравнения плеконарила) и не проявляет вирулицидных свойств. Ранее были описаны антиоксидантные свойства лейковердазилов. Известно, что многие вирусные инфекции сопровождаются образованием активных форм кислорода и окислительным стрессом, а ряд соединений с антиоксидантными свойствами обладают противовирусным потенциалом. Необходимо расширить библиотеку лейковердазилов за счет направленных химических модификаций, выполнить дальнейшие исследования механизма действия лейковердазилов и исследования in vivo на животных моделях энтеровирусных инфекций. Тем не менее результаты исследования могут быть полезными для будущей разработки новых противовирусных препаратов для терапии энтеровирусной инфекции.

Enterovirusesenteroviral infectionCoxsackievirusverdazylesleucoverdazylesantiviral activityantioxidantsэнтеровирусыэнтеровирусная инфекциякоксакивирусвердазилылейковердазилыпротивовирусная активностьантиоксидантыThe St. Petersburg Pasteur InstituteФБУН НИИ эпидемиологии и микробиологии имени ПастераВолобуева А.С., Зарубаев В.В., Ланцева К.С. Разработка противовирусных препаратов для терапии инфекции коксакивируса В3 // Инфекция и иммунитет. 2021. Т. 11, № 1. C. 57–67. [Volobueva A.S., Zarubaev V.V., Lantseva K.S. Development of antiviral therapeutics combating coxsackievirus type B3 infection. Infektsiya i immunitet = Russian Journal of Infection and Immunity, 2021, vol. 11, no 1, pp. 57–67. (In Russ.)] doi: 10.15789/2220-7619-DOA-1273Канаева О.И. Энтеровирусная инфекция: многообразие возбудителей и клинических форм// Инфекция и иммунитет. 2014. Т. 4, № 1. C. 27–36. [Kanaeva O.I. Enterovirus Infection: variety of etiological factors and clinical manifestations. Infektsiya i immunitet = Russian Journal of Infection and Immunity, 2014, vol. 4, no. 1, pp. 27–36. (In Russ.)] doi: 10.15789/2220-7619-2014-1-27-36Романенкова Н.И., Бичурина М.А., Розаева Н.Р., Канаева О.И, Шишко Л.А., Черкасская И.В., Кириллова Л.П. Вирусы Коксаки В1–6 как этиологический фактор энтеровирусной инфекции // Журнал инфектологии. 2016. Т. 8, № 2. С. 65–71. [Romanenkova N.I., Bichurina M.A., Rozaeva N.R., Kanaeva O.I., Shishko L.A., Cherkasskaya I.V., Kirillova L.P. Coxsackieviruses B1–6 as Etiological Factor of Enterovirus Infection. Zhurnal infektologii = Journal Infectology, 2016, vol. 8, no. 2, pp. 65–71. (In Russ.)]Романенкова Н.И., Голицына Л.Н., Бичурина М.А., Розаева Н.Р., Канаева О.И., Зверев В.В., Созонов Д.В., Черкасская И.В., Кириллова Л.П., Ермакова М.В., Камынина Л.С., Петухова М.Б., Грицай А.Б., Новикова Н.А. Заболеваемость энтеровирусной инфекций и особенности циркуляции неполиомиелитных энтеровирусов на некоторых территориях России в 2017 году // Журнал инфектологии. 2018. Т. 10, № 4. С. 124–133. [Romanenkova N.I., Golitsyna L.N., Bichurina M.A., Rozaeva N.R., Kanaeva O.I., Zverev V.V., Sozonov D.V., Cherkasskaya I.V., Kirillova L.P., Ermakova M.V., Kamynina L.S., Petukhova M.B., Gritsay A.B., Novikova N.A. Enterovirus infection morbidity and peculiarities of nonpolio enteroviruses circulation on some territories of Russia in 2017. Zhurnal infektologii = Journal Infectology, 2018, vol. 10, no. 4, pp. 124–133. (In Russ.)] doi: 10.22625/2072-6732-2018-10-4-124-133Anasir M.I., Zarif F., Poh C.L. Antivirals blocking entry of enteroviruses and therapeutic potential. J. Biomed. Sci., 2021, vol. 28: 10. doi: 10.1186/s12929-021-00708-8Baggen J., Thibaut H.J., Strating J.R.P.M. The life cycle of non-polio enteroviruses and how to target it. Nat. Rev. Microbiol., 2018, vol. 16, pp. 368–381. doi: 10.1038/s41579-018-0005-4.Bauer L., Lyoo H., van der Schaar H.M., Strating J.R.P.M., Kuppeveld F.J.M. Direct-acting antivirals and host-targeting strategies to combat enterovirus infections. Curr. Opin. Virol., 2017, vol. 24, pp. 1–8. doi: 10.1016/j.coviro.2017.03.009.Cassidy H., Poelman R., Knoester M., Van Leer-Buter C.C., Niesters H.G.M. Enterovirus D68 - The New Polio? Front Microbiol. 2018, vol. 13, no. 9, 2677. doi: 10.3389/fmicb.2018.02677.Cheng M.L., Weng S.F., Kuo C.H., Ho H.Y. Enterovirus 71 induces mitochondrial reactive oxygen species generation that is required for efficient replication. PLoS One, 2014, vol. 9, no. 11: e113234. doi: 10.1371/journal.pone.0113234.Cheng M.L., Wu C.H., Chien K.Y., Lai C.H., Li G.J., Liu Y.Y., Lin G., Ho H.Y. Enteroviral 2B interacts with VDAC3 to regulate reactive oxygen species generation that is essential to viral replication. Viruses, 2022, vol. 14, no. 8: 1717. doi: 10.3390/v14081717.Daelemans D., Pauwels R., De Clercq E. A time-of-drug addition approach to target identification of antiviral compounds. Nat. Protoc., 2011, vol. 6, pp. 925–933. doi: 10.1038/nprot.2011.330De Angelis M., Amatore D., Checconi P., Zevini A., Fraternale A., Magnani M., Hiscott J., De Chiara G., Palamara A.T., Nencioni L. Influenza virus down-modulates G6PD expression and activity to induce oxidative stress and promote its replication. Front. Cell. Infect. Microbiol., 2022, vol. 6, no. 11: 804976. doi: 10.3389/fcimb.2021.804976.Fedorchenko T.G., Lipunova G.N., Shchepochkin A.V., Tsmokalyuk A.N., Slepukhin P.A., Chupakhin O.N. Synthesis and properties of 1,3-diphenyl-5-(benzothiazol-2-yl)-6-R-verdazyls. Mendeleev Commun., 2018, vol. 28: 297. doi: 10.1016/j.mencom.2018.05.023Fedorchenko T.G., Lipunova G.N., Shchepochkin A.V., Tsmokalyuk A.N., Valova M.S., Slepukhin P.A. Synthesis, spectral and electrochemical properties of halogenated 6-alkyl-5-aryl-1-(benzo[d]thiazol-2-yl)-3-phenylverdazyls and 5-aryl-1-(benzo[d]thiazol-2-yl)-3-phenyl-6-vinylverdazyls. Chemistry of Heterocyclic Compounds, 2019, vol. 55, no. 6, pp. 560–565. doi: 10.1007/s10593-019-02496-4Fedorchenko T.G., Lipunova G.N., Shchepochkin A.V., Valova M.S., Tsmokalyuk A.N., Slepukhin P.A., Chupakhin O.N. Synthesis and spectral, electrochemical, and antioxidant properties of 2-(5-Aryl-6-R-3-phenyl-5,6-dihydro-4H-1,2,4,5-tetrazin-1-yl)-1,3-benzothiazole. Russian Journal of Organic Chemistry, 2020, vol. 56, no. 1, pp. 38–48. doi: 10.1134/S1070428020010078Fedorchenko T.G., Lipunova G.N., Tsmokalyuk A.N., Shchepochkin A.V., Chupakhin O.N. Sonogashira cross-coupling reactions of 5-(benzothiazol-2-yl)- 1-(4-iodophenyl)-3-phenyl-6-vinyl(phenyl)verdazyls: synthetic and theoretical aspects. Chem. Heterocycl. Compd., 2021, vol. 57, no. 1, pp. 40–48 doi: 10.1007/s10593-021-02865-yFoo J., Bellot G., Pervaiz S., Alonso S. Mitochondria-mediated oxidative stress during viral infection. Trends Microbiol., 2022, vol. 30, no. 7, pp. 679–692. doi: 10.1016/j.tim.2021.12.011.Galochkina A.V., Anikin V.B., Babkin V.A., Ostrouhova L.A., Zarubaev V.V. Virus-inhibiting activity of dihydroquercetin, a flavonoid from Larix sibirica, against coxsackievirus B4 in a model of viral pancreatitis. Arch. Virol., 2016, vol. 161, pp. 929–938. doi: 10.1007/s00705-016-2749-3Hu S., Sheng W.S., Schachtele S.J., Lokensgard J.R. Reactive oxygen species drive herpes simplex virus (HSV)-1-induced proinflammatory cytokine production by murine microglia. J. Neuroinflammation, 2011, vol. 8: 123. doi: 10.1186/1742-2094-8-123.Kim S.R., Song J.H., Ahn J.H., Jeong M.S., Yang Y.M., Cho J., Jeong J.H., Cha Y., Kim K.N., Kim H.P., Chang S.Y., Ko H.J. Obesity exacerbates coxsackievirus infection via lipid-induced mitochondrial reactive oxygen species generation. Immune Netw, 2022, vol. 22, no. 2: e19. doi: 10.4110/in.2022.22.e19.Kuhn R., Tuischmann H. Über Verdazyle, eine neue Klasse cyclischer N-haltiger Radikale. Monatsh. Chem., 1964, vol. 95, no. 2, pp. 457–479. doi: 10.1007/BF00901311Li M.L., Shih S.R., Tolbert B.S., Brewer G. Enterovirus A71 vaccines. Vaccines (Basel), 2021, vol. 9, no. 3: 199. doi: 10.3390/vaccines9030199.Marengo B., Nitti M., Furfaro A.L., Colla R., Ciucis C.D., Marinari U.M., Pronzato M.A., Traverso N., Domenicotti C. Redox homeostasis and cellular antioxidant systems: crucial players in cancer growth and therapy. Oxid. Med. Cell. Longev., 2016, vol. 2016: 6235641. doi: 10.1155/2016/6235641.Milkovic L., Cipak Gasparovic A., Cindric M., Mouthuy P.A., Zarkovic N. Short Overview of ROS as cell function regulators and their implications in therapy concepts. Cells, 2019, vol. 8, no. 8: 793. doi: 10.3390/cells8080793Ogram S.A., Boone C.D., McKenna R., Flanegan J.B. Amiloride inhibits the initiation of Coxsackievirus and poliovirus RNA replication by inhibiting VPg uridylylation. Virology, 2014, vol. 464–465, pp. 87–97. doi: 10.1016/j.virol.2014.06.025.Puenpa J., Wanlapakorn N., Vongpunsawad S. The history of Enterovirus A71 outbreaks and molecular epidemiology in the Asia-Pacific Region. J. Biomed. Sci., 2019, vol. 26, no. 75. doi: 10.1186/s12929-019-0573-2Salmikangas S., Laiho J.E., Kalander K., Laajala M., Honkimaa A., Shanina I., Oikarinen S., Horwitz M.S., Hyöty H., Marjomäki V. Detection of Viral-RNA and +RNA strands in Enterovirus-infected cells and tissues. Microorganisms, 2020, vol. 8, no. 12: 1928. doi: 10.3390/microorganisms8121928Schmidtke M., Wutzler P., Zieger R., Riabova O.B., Makarov V.A. New pleconaril and [(biphenyloxy)propyl]isoxazole derivatives with substitutions in the central ring exhibit antiviral activity against pleconaril-resistant coxsackievirus B3. Antiviral Res., 2009, vol. 81, no. 1, pp. 56–63. doi: 10.1016/j.antiviral.2008.09.002.Simmonds P., Gorbalenya A.E., Harvala H., Hovi T., Knowles N.J., Lindberg A.M., Oberste M.S., Palmenberg A.C., Reuter G., Skern T., Tapparel C., Wolthers K.C., Woo P.C.Y., Zell R. Recommendations for the nomenclature of enteroviruses and rhinoviruses. Arch. Virol., 2020, vol. 165, no. 3, pp. 793–797. doi: 10.1007/s00705-019-04520-6.To E.E., Erlich J.R., Liong F., Luong R., Liong S., Esaq F., Oseghale O., Anthony D., McQualter J., Bozinovski S., Vlahos R., O’Leary J.J., Brooks D.A., Selemidis S. Mitochondrial reactive oxygen species contribute to pathological inflammation during influenza A virus infection in mice. Antioxid. Redox Signal, 2020, vol. 32, no. 13, pp. 929–942. doi: 10.1089/ars.2019.7727.Uchide N., Toyoda H. Antioxidant therapy as a potential approach to severe influenza-associated complications. Molecules, 2011, vol. 16, no. 3, pp. 2032–2052. doi: 10.3390/molecules16032032.Ulferts R., van der Linden L., Thibaut H.J., Lanke K.H., Leyssen P., Coutard B., De Palma A.M., Canard B., Neyts J., van Kuppeveld F.J. Selective serotonin reuptake inhibitor fluoxetine inhibits replication of Human Enteroviruses B and D by targeting viral protein 2C. Antimicrob. Agents Chemother., 2013, vol. 57, no. 4, pp. 1952–1956. doi: 10.1128/AAC.02084-12Van der Schaar H.M., Leyssen P., Thibaut H.J., de Palma A., van der Linden L., Lanke K.H., Lacroix C., Verbeken E., Conrath K., Macleod A.M., Mitchell D.R., Palmer N.J., van de Poël H., Andrews M., Neyts J., van Kuppeveld F.J. A novel, broad-spectrum inhibitor of enterovirus replication that targets host cell factor phosphatidylinositol 4-kinase IIIβ. Antimicrob. Agents Chemother., 2013, vol. 57, no. 10, pp. 4971–4981. doi: 10.1128/AAC.01175-13Zhang M., Wang H., Tang J. Clinical characteristics of severe neonatal enterovirus infection: a systematic review. BMC Pediatr., 2021, vol. 21, no. 1: 127. doi: 10.1186/s12887-021-02599-y